新型疏水缔合聚合物钻井液体系性能评价

卢兴国

(中国石油大学(华东)，山东 青岛 266580)

随着海上油田钻井数量的不断增多，对钻井液的性能也提出了更高的要求，现有的钻井液体系和钻井液处理剂无法满足海上复杂井的钻井要求，因此，迫切需要研究性能更加高效的钻井液体系[1-4]。近年来，水溶性聚合物在海上油田钻井液体系中的使用较为常见，主要包括聚丙烯酰胺类、纤维素类、生物聚合物类以及植物胶类等，但这些聚合物的耐温性能及抗盐性能通常不佳，从而限制了其大规模的推广应用[5-8]。疏水缔合聚合物以其独特的结构及性能成为国内外众多油田化学工作者的研究热点。疏水缔合聚合物在其亲水性的分子链上含有一定量的疏水基团，这些疏水基团在水溶液中聚集缠绕，通过分子间和分子内的缔合作用形成一种超分子结构，从而使溶液的黏度大幅度提高，且溶液性能稳定，具有良好的耐温性能、抗盐性能及抗剪切性能[9-12]。

作者以新型疏水缔合聚合物SDH-N为主要处理剂，研制一种新型疏水缔合聚合物钻井液体系，并在室内对其综合性能进行评价。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

海水，取自南海；岩屑，取自某海上油田储层段。

新型疏水缔合聚合物SDH-N，自制；降滤失剂LV-PAC和SPNH、润滑剂RD-1、抑制剂YD-104、封堵剂FDJ-3、重晶石、膨润土、NaCl、CaCl2、MgCl2，工业品。

ZNN-D6型六速旋转黏度计、ZNS-2型中压滤失仪、GGS71型高温高压滤失仪，山东美科仪器有限公司；XGRL-4型高温滚子加热炉，青岛恒泰达机电设备有限公司；多功能岩心驱替实验仪、高温高压岩心动态污染仪，海安石油科研仪器有限公司；EP-2A型极压润滑仪，青岛泰峰仪器有限公司。

1.2 新型疏水缔合聚合物钻井液体系配方

通过大量室内实验，选择新型疏水缔合聚合物SDH-N为主要处理剂，辅以降滤失剂、润滑剂和抑制剂等处理剂，研制了一种新型疏水缔合聚合物钻井液体系，其配方为：3.0%海水土浆+0.6%SDH-N+0.3%降滤失剂LV-PAC+3.0%降滤失剂SPNH+2.5%润滑剂RD-1+3.0%抑制剂YD-104+5.0%封堵剂FDJ-3+重晶石加重至密度为1.4 g·cm-3。

1.3 新型疏水缔合聚合物钻井液体系的性能评价

1.3.1 耐温性能

将新型疏水缔合聚合物钻井液体系分别在不同温度下滚动老化16 h，然后在室温下使用六速旋转黏度计测定其流变性，使用中压滤失仪和高温高压滤失仪测定钻井液体系的滤失量。

1.3.2 抗盐性能

在新型疏水缔合聚合物钻井液体系中分别加入一定质量分数的NaCl、CaCl2和MgCl2，然后将钻井液体系在120 ℃下滚动老化16 h，测定其流变性和滤失量。

1.3.3 抑制性能和润滑性能

抑制性能：称取一定质量的过6～10目筛后的岩屑，加入到新型疏水缔合聚合物钻井液体系中，在120 ℃下滚动老化16 h后，使用40目筛回收岩屑，清洗烘干后称重，计算岩屑的滚动回收率。

润滑性能：使用极压润滑仪测定新型疏水缔合聚合物钻井液体系的极压润滑系数，作为对比，测定不加润滑剂时钻井液体系的极压润滑系数，并计算润滑系数降低率。

1.3.4 抗污染性能

在新型疏水缔合聚合物钻井液体系中分别加入不同质量的粉碎过筛后的岩屑，然后将其在120 ℃下滚动老化16 h，测定其流变性和滤失量。

1.3.5 储层保护性能

将人造岩心烘干后称重，然后用标准盐水饱和，备用；将岩心装入驱替实验装置中，使用煤油正向驱替测定岩心的初始渗透率；取出岩心，使用新型疏水缔合聚合物钻井液体系反向污染4 h；使用煤油正向驱替测定岩心污染后的渗透率，计算岩心污染后的渗透率恢复值；将岩心污染端面切除0.5 cm后，继续使用煤油正向驱替测定岩心切除端面后的渗透率，并计算岩心切除端面后的渗透率恢复值，以评价钻井液体系的储层保护性能。实验过程均在120 ℃下进行。

2 结果与讨论

2.1 耐温性能

表1为新型疏水缔合聚合物钻井液体系在不同温度下滚动老化前后的性能测试结果。

由表1可知，随着老化温度的升高，钻井液体系的黏度稍有下降，API滤失量和HTHP滤失量有所增加，但变化幅度均不大。表明，新型疏水缔合聚合物钻井液体系具有较好的耐温性能，能够在较宽的温度范围内保持性能的稳定，可以满足不同地层温度的钻井需求。

表1 耐温性能测试结果

2.2 抗盐性能

表2为新型疏水缔合聚合物钻井液体系中加入不同类型盐后的性能测试结果。

表2 抗盐性能测试结果

由表2可知，加入不同类型的盐后，钻井液体系的流变性和滤失量稍有波动，但变化幅度均不大。表明，新型疏水缔合聚合物钻井液体系具有较好的抗盐性能，能够满足高盐储层对钻井液性能的要求。这是由于，钻井液体系中的新型疏水缔合聚合物SDH-N的分子链中含有一定量的疏水基团，使其在较低的浓度下就可以发生缔合反应，从而使整个钻井液体系形成稳定的超分子结构，增强其抗盐性能。

2.3 抑制性能和润滑性能

表3为新型疏水缔合聚合物钻井液体系的抑制性能和润滑性能测试结果。

表3 抑制性能和润滑性能测试结果/%

由表3可知，钻井液体系对岩屑的平均滚动回收率可以达到92.5%，钻井液体系中加入润滑剂RD-1后，平均润滑系数降低率可以达到90.5%。表明，新型疏水缔合聚合物钻井液体系具有较好的抑制性能和润滑性能，能够较好地抑制储层岩屑水化分散，并可以有效减小钻井过程中的摩擦阻力，满足海上钻井对钻井液性能的要求。

2.4 抗污染性能

表4为新型疏水缔合聚合物钻井液体系的抗污染性能测试结果。

表4 抗污染性能测试结果

由表4可知，随着岩屑加量的增加，钻井液体系的黏度和切力不断增大，API滤失量和HTHP滤失量也不断增加，但变化幅度均不大。表明，新型疏水缔合聚合物钻井液体系具有较好的抗岩屑污染性能，能够保证钻井过程中钻井液性能的稳定，从而确保钻井过程的顺利进行。

2.5 储层保护性能

表5为新型疏水缔合聚合物钻井液体系的储层保护性能测试结果。

表5 储层保护性能测试结果

由表5可知，岩心经过钻井液体系污染后，渗透率明显下降，渗透率恢复值只有50%左右。这是由于，新型疏水缔合聚合物钻井液体系中含有封堵性能较好的封堵剂FDJ-3，其能够通过架桥作用在岩心端面及端面附近孔隙中形成有效暂堵，阻止钻井液对岩心深部进一步的污染；而将岩心污染端面切除0.5 cm后，岩心渗透率显著升高，渗透率恢复值可以达到90%以上。表明，新型疏水缔合聚合物钻井液体系具有较好的储层保护性能，钻井液体系对岩心的污染深度较浅，后期能够通过射孔等作业解除污染。

3 结论

以新型疏水缔合聚合物SDH-N为主要处理剂，研制了一种新型疏水缔合聚合物钻井液体系，其配方为：3.0%海水土浆+0.6%SDH-N+0.3%降滤失剂LV-PAC+3.0%降滤失剂SPNH+2.5%润滑剂RD-1+3.0%抑制剂YD-104+5.0%封堵剂FDJ-3+重晶石加重至密度为1.4 g·cm-3。该钻井液体系具有较好的耐温性能、抗盐性能、抑制性能、润滑性能、抗污染性能以及储层保护性能，能够满足海上油田钻井施工对钻井液性能的要求。